РАСТВОРЫ. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ
Учение о растворах представляет для медиков особый интерес, поскольку растворы имеют большое значение в биологии, физиологии, медицине и фармации. Растворами являются биологические жидкости организма: кровь, лимфа, спинномозговая и другие жидкости. Усвоение пищи связано с переходом питательных веществ в растворенное состояние. Биохимические реакции в живых организмах протекают в растворах. Лекарственные вещества эффективны лишь в растворенном состоянии или переходят в растворенное состояние в организме.
Растворы – это гомогенные (однофазные) системы переменного состава, состоящие из двух или более компонентов. Каждый из компонентов раствора равномерно распределён между другими по всему объёму раствора в виде молекул, атомов или ионов.
По агрегатному состоянию растворы могут быть газообразными, жидкими и твёрдыми. Компонент, который в данных условиях находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, считается растворителем, остальные составляющие раствора – растворёнными веществами. Если все компоненты раствора находятся в одном агрегатном состоянии, растворителем считается тот из них, которого в растворе больше.
Важная характеристика раствора – концентрация. Она выражает относительное содержание растворённого вещества в растворителе. Этой величиной определяются многие свойства растворов.
В связи с введением в действие СИ, применяются следующие способы выражения концентрации растворов.
Массовая доля растворённого вещества–отношение массы растворённого вещества к массе раствора.
Wв = mв / mр
Wв – массовая доля растворённого вещества;
mв – масса растворённого вещества (г, кг);
mр– масса раствора (г, кг).
Массовую долю растворенного вещества (Wв) обычно выражают в долях единицы или %-ах.
Например, массовая доля растворённого вещества гидроксида натрия NaOH в воде = 0,1 или 10%. Это означает, что в растворе массой 100 г содержится NaOH массой 10 г и вода массой 90 г.
Молярная концентрация–показывает число молей растворенного вещества в одном кубическом дециметре раствора.
С(х) = n(х) / V,[моль/дм3, моль/л, М]
С(х) – молярная концентрация вещества;
n(х) – число моль вещества;
V – объём раствора (дм3, л).
Например, С(NaOH) = 0,1 моль/дм3;
С(H2SO4) = 0,5 моль/дм3;
С(Н+) = 2 ∙10 –2 моль/дм3.
Молярное соотношение реагирующих веществ не всегда равно 1÷1, оно определяется стехиометрическими коэффициентами в уравнении реакции. В связи с этим вводится понятие «химический эквивалент».
Химический эквивалент–реальная или условная частица вещества, которая в обменной реакции эквивалентна одному протону, а в о/в реакции – одному электрону.
В связи с этим понятием вводится ещё один способ выражения концентрации растворов – молярная концентрация эквивалента вещества.
Молярная концентрация эквивалента вещества (нормальная концентрация)–показывает число моль эквивалента вещества в одном дм3 (л) раствора.
Молярную концентрацию эквивалента вещества обозначают С(1/z X) выражают [моль/дм3, моль/л, н].
Выражение 1/z называется фактором эквивалентности. Он показывает, какая доля реальной частицы вещества соответствует эквиваленту.
В обменных реакциях число z показывает суммарный заряд обменивающихся ионов (в соответствии с уравнением реакции, знак заряда во внимание не принимается), в о/в реакциях – число отданных или принятых электронов.
Важно отметить, что одно и то же вещество может иметь разные эквиваленты в разных химических реакциях, поэтому эквивалент вещества может быть определён только для конкретной реакции. Рассмотрим это на примерах:
1. В реакциях обмена с участием Н2SO4 может происходить замещение одного или двух протонов. В зависимости от этого эквивалент серной кислоты меняется:
а) H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + H2O z = 1 => 1/z = 1
б) H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 +2 H2O z = 2 => 1/z = 2
2. В о/в реакциях с участием КМnO4 в зависимости от кислотности среды образуются продукты восстановления, число электронов меняется, поэтому и эквивалент КМnO4 также будет разным:
а) кислая среда
МnO4– + 8Н+ + 5е → Mn2+ + 4H2O z = 5 => 1/z = 1/5
б) нейтральная среда
МnO4– + 3Н+ + 3е → MnО2 + 2H2O z = 3 => 1/z= 1/3
в) щелочная среда
МnO4 – + 1е → MnО42– z = 1 => 1/z = 1
Необходимо быстро и правильно переходить от одного способа выражения концентрации к другому. Полезно запомнить, что С(1/zХ) = z ∙ С(Х)
Если 1/z = 1, то молярная концентрация эквивалента вещества будет равна молярной концентрации. Во всех других случаях она всегда будет больше молярной концентрации во столько раз, во сколько раз эквивалент меньше реальной частицы, т.е.
С(1/zХ) : С(Х) = z
Например, молярная концентрация эквивалента раствора Н3РО4 с молярной концентрацией С(Н3РО4) = 0,2 моль/дм3 составляет С(1/3 Н3РО4) = 0,2 · 3 = 0,6 моль/дм3.
Расчёт молярных масс эквивалентов М (1/z Х) кислот, щелочей солей,
окислителей-восстановителей
Молярная масса эквивалента кислоты есть отношение молярной массы данной кислоты к числу ионов водорода участвующих в реакции:
Молярная масса эквивалента основания есть отношение молярной массы основания к числу ионов гидроксила участвующих в реакции:
Молярная масса эквивалента соли есть отношение молярной массы соли к произведению числа атомов металла данной соли на его степень окисления.
Молярная масса эквивалента окислителя или восстановителя есть отношение молярной массы окислителя или восстановителя к числу электронов, отданных или принятых в данной реакции.
Титр – отношение массы растворённого вещества к объёму раствора.
t = m / V, [г/см3]
t – титр раствора;
m – масса растворённого вещества, г;
V – объём раствора.
Например, t(Na2СО3) = 0,00125 г/см3, означает, что в 1см3 раствора содержится 0,00125 г Na2СО3.
Для освоения темы «Способы выражения концентрации растворов» необходимо знать следующие понятия и их обозначения:
mв – масса растворённого вещества (г, кг);
mр – масса раствора (г, кг);
Wв – массовая доля вещества (доля единицы, %);
М(Х) – молярная масса вещества (г/моль, кг/моль);
1/z – фактор эквивалентности (безразмерная величина);
n(Х) – количество вещества (моль);
n(1/zХ) – количество вещества эквивалента (моль);
С(Х) – молярная концентрация (моль/дм3, моль/л);
С(1/zХ) – молярная концентрация эквивалента (моль/дм3, моль/л);
ρ – плотность раствора (г/см3, кг/м);
V – объём раствора (дм3, см3, м);
t – титр раствора (г/см3).
При решении задач полезно пользоваться вышеприведёнными формулами, а также:
mр = ρр ∙ Vр;
n(Х) = m(Х) / М(Х);
m(Х) = С(Х) · М(Х) · V;
m(Х) = С(1/zХ) · М(1/zХ) · V.
Контрольные вопросы
- Растворы: значение и применение.
- Понятие эквивалента. Фактор эквивалентности.
- Расчет молярной массы эквивалента соединений.
- Способы выражения концентрации раствора:
Ø массовая доля растворенного вещества в растворе;
Ø молярная концентрация растворенного вещества в растворе;
Ø молярная концентрация эквивалента вещества в растворе;
Ø титр раствора.
Типовые задачи
Задача 1.Определите молярную концентрацию раствора натрия гидроксида с массовой долей 30%, плотность раствора 1,29 г/см3.
Дано: | Решение: |
W(NaOH) = 30 % | 1. Найти массу 1 дм3 раствора: |
ρр(NaOH) = 1,29 г/см3 | (1 дм3 = 1000 см3) |
С(NaOH) = ? | mр = Vр · ρ р = 1000 · 1,29 = 1290 (г) |
2. Найти массу NaOH в 1 дм3 раствора: W(NaOH) · mр 30 · 1290 m(NaOH) = ----------------------- = --------------- = 387 (г) 100 100 | |
3. Определить молярную массу натрий гидроксида: M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 г/моль | |
4. Определить молярную концентрацию раствора натрий гидроксида: m(NaOH) 387 C(NaOH) = -------------------- = ---------- = 9,68 (моль/дм3) M(NaOH) · Vр 40 · 1 | |
Ответ: С(NaOH) = 9,68 моль/дм3 |
Задача 2.Какова массовая доля (%) пероксида водорода в растворе, применяемом наружно как кровоостанавливающее и дезинфицирующее средство, если молярная концентрация этого раствора составляет 0,89 моль/дм3, плотность раствора 1 г/см3?
Дано: | Решение: |
С(H2О2) = 0,89 моль/дм3 | 1. Найти массу 1 дм3 раствора: |
ρ р(H2О2) = 1 г/см3 | mр = Vр · ρ р = 1000 · 1 = 1000 (г) |
--------------------------------- | 2. Определить молярную массу пероксида водорода: |
W(H2О2) = ? | M(H2О2) = 34 г/моль |
3. Найти массу H2О2: m(H2О2) = С(H2О2) · М(H2О2) · Vр = 0,89 · 34 · 1 = 30,26 (г) | |
4. Найти массовую долю (%) пероксида водорода в растворе: m(H2О2) 30,26 · 100 W(H2О2) = --------------- · 100 = ------------------ · 100 = 3,03 % mр 1000 | |
Ответ: W(H2О2) = 3,03 % |
Задача 3.Определите молярную концентрацию эквивалента раствора гептагидрата сульфата магния MgSO4 · 7Н2О, применяемого внутривенно для снижения давления крови, если массовая доля соли в растворе составляет 20 %, плотность раствора 1,22 г/см3.
Дано: | Решение: |
W(MgSO4 · 7Н2О) = 20 % | 1. Найти массу 1 дм3 раствора: |
ρр(MgSO4 · 7Н2О) = 1,22 г/см3 | mр = Vр · ρ р = 1000 · 1,22 = 1220 (г) |
С(1/z MgSO4 · 7Н2О) = ? | |
2. Найти массу соли в 1 дм3 раствора: | |
W(MgSO4 · 7Н2О) · mр 20 · 1220 m(MgSO4 · 7Н2О) = ------------------------------ = -------------- = 244 (г) 100 100 | |
3. Определить молярную массу эквивалента соли: M(½ MgSO4 · 7Н2О) = 246/2 = 123 г/моль | |
4. Определить молярную концентрацию эквивалента раствора: m(½ MgSO4 · 7Н2О) 244 C(½ MgSO4 · 7Н2О) = ---------------------------------- = ---------- = 1,98 (моль/дм3) M(½ MgSO4 · 7Н2О) · Vр 123 · 1 | |
Ответ: С(½ MgSO4 · 7Н2О) = 1,96 моль/дм3 |
Задача 4.Определите титр изотонического раствора натрия хлорида, если в 150 см3 раствора содержится 1,3163 г NaCl.
Дано: | Решение: |
Vр(NaСl) = 150 см3 | m(NaCl) 1,3163 t(NaCl) = -------------- = ------------ = 8,775 · 10 – 3 (г/см3) Vр 150 |
m(NaCl) = 1,3163 г | |
t(NaCl) = ? | |
Ответ: t(NaCl) = 8,775 · 10 – 3 г/см3 |
Задача 5.Определите массовую долю (%) раствора кальция хлорида, применяемого перорально, молярная концентрация эквивалента которого составляет 2 моль/дм3, плотность раствора 1,11 г/см3.
Дано: | Решение: |
С(½СаСl2) = 2 моль/дм3 | 1. Найти массу 1 дм3 раствора: |
ρ р(СаСl2) = 1,11 г/см3 | mр = Vр · ρ р = 1000 · 1,11 = 1110 (г) |
W(СаСl2) = ? | 2. Определить молярную массу эквивалента кальций хлорида: |
M(½СаСl2) = М(СаСl2) : 2 = 111 : 2 = 55,5 г/моль | |
3. Найти массу кальций хлорида в 1 дм3 раствора: m(СаСl2) = С(½СаСl2) · М(½СаСl2) · Vр = 2 · 55,5 · 1 = 111 (г) | |
4. Найти массовую долю (%) кальций хлорида в растворе: m(½СаСl2) 111 W(СаСl2) = ---------------- · 100 = --------- · 100 = 10 % mр 1110 | |
Ответ: W(СаСl2) = 10 % |
Дата добавления: 2015-11-20; просмотров: 2987;